碳酸钠辅助碳热还原钒钛磁铁矿

碳酸钠辅助碳热还原钒钛磁铁矿工艺具有一步熔炼,高效分离提取钒、钛的优势。然而,碳酸钠在反应中的作用以及反应机理尚未系统研究。 本文在1073–1473 K的反应温度和氩气气氛下,研究了在碳酸钠辅助下钒钛磁铁精矿的碳热还原过程,并通过X射线衍射和扫描电子显微镜研究了反应过程的相转变。研究结果表明,钒钛磁铁矿、石墨和碳酸钠的质量比为100：25：60,温度为1473 K为较好的反应条件。通过研究碳酸钠和钒钛磁铁矿的焙烧过程,发现熔融碳酸钠和酸性氧化物（如Fe2O3, TiO2, Al2O3和SiO2）结合,破坏钒钛磁铁矿的结构,形成富含钠的熔体,同时释放出FeO和MgO。因此,碳酸钠加快了铁氧化物的还原速率。此外,碳酸钠的加入降低了熔渣的黏度,有利于还原铁颗粒的团聚和渣-铁分离。因此,碳酸钠辅助碳热还原是一种具备良好前景的低温处理钒钛磁铁矿的方法。     

铝粉对钒钛磁铁精矿碳热还原及熔分过程的影响

研究了铝粉对钒钛磁铁精矿碳热还原及熔分过程的影响。结果表明：添加铝粉能提高钒钛磁铁精矿碳热还原反应速率。铝粉添加量越大,还原反应越快。在还原反应过程中,铝热还原反应的发生放出了大量热量,并在其反应界面周围形成局部高温,从而强化碳热还原反应过程,同时促进新生金属铁聚集长大。添加1%铝粉可稍微改善渣金分离;当铝粉添加量大于2%时,由于TiC的生成,渣的流动性变差,渣铁分离效果恶化。     

添加CaCO3后碳热还原钒钛磁铁矿精矿过程中钛酸钙的形成

The formation of calcium titanate in the carbothermic reduction of vanadium titanomagnetite concentrate (VTC) by adding CaCO₃ was investigated. Thermodynamic analysis was employed to show the feasibility of calcium titanate formation by the reaction of ilmenite and CaCO₃ in a reductive atmosphere, where ilmenite is more easily reduced by CO or carbon in the presence of CaCO₃. The effects of CaCO₃ dosage and reduction temperature on the phase transformation and metallization degree were also investigated in an actual roasting test. Appropriate increase of CaCO₃ dosages and reduction temperatures were found to be conducive to the formation of calcium titanate, and the optimum conditions were a CaCO₃ dosage of 18wt% and a reduction temperature of 1400°C. Additionally, scanning electron microscopy–energy dispersive spectrometry (SEM–EDS) analysis shows that calcium titanate produced via the carbothermic reduction of VTC by CaCO₃ addition was of higher purity with particle size approximately 50 μm. Hence, the separation of calcium titanate and metallic iron will be the focus in the future study.     

钒钛磁铁矿含碳球团还原的影响因素

通过单因素实验考察了还原温度、还原时间及碳氧摩尔比（nC/nO）对钒钛磁铁矿含碳球团还原的影响,结合扫描电镜照片解释了钒钛磁铁矿的还原机理.实验结果表明,适当升高还原温度、延长还原时间及增加碳氧摩尔比均可以促进钒钛磁铁矿的还原,并且金属化率随还原温度的升高先急剧升高而后趋于平缓,随着还原时间的延长及碳氧摩尔比的增加而先升高后降低,而残碳量随着反应的进行不断降低.当还原温度为1350℃,还原时间为30 min,碳氧摩尔比为1.2时,球团的金属化率达到最大值.通过扫描电镜照片可以看出,球团在还原过程中形成了铁连晶,并且在不同的还原条件下铁连晶的大小及形态不同.     

硼铁精矿的碳热还原动力学

为了揭示硼铁精矿的碳热还原机理,以高纯石墨为还原剂,进行硼铁精矿含碳球团等温还原实验,并采用积分法进行动力学分析.还原温度分别设定为1000、1050、1100、1150、1200、1250和1300益,配碳量即C/O摩尔比=1.0.当还原度为0.1<α<0.8时,温度对活化能和速率控制环节有重要影响：还原温度≤1100益时,平均活化能为202.6 kJ·mol-1,还原反应的速率控制环节为碳的气化反应;还原温度>1100益时,平均活化能为116.7 kJ·mol-1,为碳气化反应和FeO还原反应共同控制.当还原度α≥0.8时(还原温度>1100益),可能的速率控制环节为碳原子在金属铁中的扩散.碳气化反应是含碳球团还原过程中主要速率控制环节,原因在于硼铁精矿中硼元素对碳气化反应具有较强烈的化学抑制作用.     

富氧率对钒钛磁铁矿球团还原行为的影响

模拟研究了不同富氧率条件下钛磁铁矿氧化球团的还原过程.通过扫描电镜观察钒钛磁铁矿球团还原过程中的微观结构变化,结合能谱仪研究分析了还原过程中产物的分布变化.结果表明,富氧率的提高对还原度和还原速率提高有明显促进作用.还原过程中钛铁分离伴随着Al元素向高钛矿中迁移富集,最终Al与Ti原子数比为1∶3,Al很可能与钛铁氧化物固溶,形成某种复合化合物并导致球团矿还原难度增加.运用三种不同模型对球团矿还原过程对比分析,发现混合模型可以很好地表征球团矿不同阶段的还原过程.利用混合模型计算得出球团矿还原过程的动力学参数.结果表明,随着富氧率的升高,球团矿还原活化能逐渐降低,从不富氧到富氧79%条件下,活化能由26.5 k J/mol降低到19.68 k J/mol,活化能的降低增加了相同条件下活化分子的数量,提高了反应速率,有利于球团矿在较低还原温度条件下快速反应.     

添加剂对钛精矿固相碳热还原强化作用的比较

利用热重分析法研究了硅铁、硼砂、碳酸钠三种不同添加剂对钛精矿固相碳热还原行为的影响.对这三种添加剂的TG,DTG,DSC曲线进行分析,结果表明硅铁会使钛精矿在还原过程中的失重率减少;而碳酸钠和硼砂会使钛精矿在还原过程中的失重率增加.三种添加剂都可以使达到最大反应速率时的温度降低.碳酸钠和硼砂可以显著提高其最大反应速率,分别提高了013%/min和018%/min;硅铁使最大反应速率降低.其强化还原机理为硅铁为反应提供一定热量,提高了反应体系的温度;硼砂促进还原过程中反应物的传输;碳酸钠可以增强碳的气化反应.     

硼对钒钛磁铁矿烧结微观结构的影响

为研究硼的含量对钒钛磁铁烧结矿微观结构的影响,利用XRD和扫描电镜对实验样品进行观察,发现添加适量的硼能够对钒钛烧结矿中硅酸盐的生成起抑制作用,并改善钒钛磁铁烧结矿表面结构,提高烧结矿液相生成能力、固相固结性能、抗粉化性同时降低孔隙率。当烧结矿中硼含量达到1.5%~2.5%时实验效果最佳。     

微波预处理对钒钛磁铁矿磨矿动力学的影响

利用磨矿动力学研究了微波处理前后不同粒级钒钛磁铁矿的破碎速率(S_○1)及初始破碎分布函数(B_i,j),并分析了磨矿产品的表面形貌及物相组成的变化.结果表明:微波处理前后钒钛磁铁矿均遵循一级磨矿动力学,微波处理后矿石的S_○1值均高于未处理矿石,且增加的幅度随着矿石粒度的增加而增大.微波处理前后钒钛磁铁矿的B_i,j取决于入料粒度,微波处理后矿石的粒度分布函数γ值均小于未处理矿石;SEM分析表明:微波处理后磨矿产品有着更小的粒度尺寸和更粗糙的表面;XRD分析表明:球磨后,微波处理后的矿石有着更强的衍射峰和更多的脉石相,说明矿石的解离程度得到提高.     

还原时间对高料层碳热还原金属化率的影响

为了探讨PSH(paired straight hearth,对行直底炉)直接还原工艺的操作参数,进行了还原时间对高料层碳热还原金属化率影响的研究.试验结果表明:还原时间为50和60 min时,球团的金属化率较高,整个料层总的金属化率分别为57.31%和80.23%.但炉内还原60 min时,存在上层球团再氧化、热效率低、生产效率低等问题.采用热坩埚装料可以明显提高球团金属化率,尤其是底层球团.炉内还原50 min,采用热坩埚装料时,整个料层总金属化率可由冷坩埚装料的57.31%提高至85.24%.因此,以提高碳热还原金属化率为目的,建议采用热坩埚装料,炉内还原50 min.本试验的研究结果可为PSH工艺的开发提供理论依据.     

预氧化对钒钛磁铁矿球团矿相及内部结构的影响

以钒钛磁铁矿为原料制备氧化球团,利用XRD和SEM等手段,考察室温至500,700,900,1000,1100,1200,1250℃7种情况下预氧化球团的物相组成和微观结构.结果表明,当预氧化温度低于500℃时,球团内部发生γ-Fe2O3向α-Fe2O3的转变,未发生氧化反应;当预氧化温度高于500℃时,随着预氧化温度的升高,球团内部的TTM和FeTiO3氧化生成TTH和Fe2TiO5,白色物相(含Fe,V,Ti)聚合长大与黑色物相(Mg,Al,Si相)逐渐分离,且晶型由较为分散的颗粒状向紧密互联、结构力强的互联状转变.     

钢球尺寸和配比对钒钛磁铁矿破碎效果的影响

以2.00～2.36 mm、 0.83～2.00 mm、 0.35～0.83 mm三个粒级钒钛磁铁矿为原料,选取不同钢球介质配比进行磨矿实验.结果表明:破碎速率遵循一阶动力学模型,D_(20 )∶D_(25)∶D_(35)=25∶30∶45配比下,三组物料的破碎速率值最大,破碎分布参数γ值最小、β最大、φ值与其他三组相差不大,钒钛磁铁矿破碎速率最快且筛下累积量最大;在短时间内(1 min),介质尺寸和配比在一定程度上影响物料的初始破碎分布函数参数,γ值与破碎速率成反比,β、φ值则相反.     

钒钛磁铁矿焙烧竖炉操作参数对传热过程的影响

以年产量2×10⁴ t钒钛磁铁矿焙烧竖炉为研究对象,建立竖炉内三维稳态传热数理模型.通过UDF(user defined functions)将反应热以内热源形式编译到固相能量方程中,定义球团矿下移速度,以竖炉内的焙烧时间和温度为判断指标,研究操作参数对竖炉内传热过程的影响.结果表明:焙烧风流量、冷却风流量以及球团下移速度为3个主要影响因素,其中球团下移速度对传热过程的影响更明显.在球团直径为38mm,焙烧时间为4～6h,焙烧温度为1100～1200K的条件下,竖炉适宜的操作参数为:冷却风流量1210～1430m³/h;焙烧风流量3070～3670m³/h;球团下移速度0.258～0.290m/h.     

铬铁矿固态碳热还原过程的影响因素

 铬铁矿是一种重要的国家战略资源,它是冶金、耐材和化工领域的重要原料,但在其开采过程中产生的大量矿粉一直难以高效利用.为了能够解决这一难题,科研工作者提出了铬铁矿的固态碳热还原工艺,即将矿石粉末与固体碳的混料在高温炉中直接进行还原反应,此工艺能使铬铁矿中铁的氧化物被选择性还原,从而提高了矿石的铬铁比.本文在系统分析铬铁矿碳热还原反应机理的基础上,着重研究了还原温度、还原时间、还原剂类型、气体流速、矿粉粒度与球团尺寸、添加剂类型等因素对铬铁矿固态碳热还原过程的影响作用,以期为实现低品位铬铁矿粉的高效综合利用提供指导.研究得出多数因素对铬铁矿固态碳热还原反应的影响是非线性的,在作用区间内往往存在最优值.因此,适宜工艺条件的选择对于得到高质量产品、降低生产成本有重要意义.     

高铬型钒钛磁铁矿配量增加对氧化球团质量的影响

采取“细磨处理高铬型钒钛磁铁矿”和“以粒度较细的廉价欧控矿代替现场生产用矿”两种优化措施,考察了高铬型钒钛磁铁矿配量增加对氧化球团质量的影响,探索了高铬型钒钛矿在球团原料中配量增加的可行性.结果表明:“细磨处理高铬型钒钛磁铁矿”和“以粒度较细的廉价欧控矿代替现场生产用矿”,当高铬型钒钛矿配量40%时,抗压强度分别为2475N·个-1和2005N·个-1,膨胀率为192%和16%,皆满足高炉生产要求,可实现该矿在原料中配量增加,能达到高铬型钒钛矿预期90万t/年的处理目标.     

高压辊磨超细碎对攀西钒钛磁铁矿分选的影响

对攀西钒钛磁铁矿进行了高压辊磨超细碎及其选别试验.当入料d80为155mm时,辊压中料-32mm产率为9105%,-0074mm产率为1529%,P80降低至155mm,边料及闭路循环工艺对粉碎产品粒度特性的影响也非常明显.采用“铁钛平行分选”工艺对高压辊磨超细碎的-32mm攀西钒钛磁铁矿进行了选别试验.结果表明,选铁流程在磨矿细度为-0074mm占45%时,铁精矿Fe品位可达5505%,回收率7064%;选钛流程在-0074mm占80%时,钛精矿TiO2品位4778%,回收率3516%.     

冷却方式对钒钛磁铁矿烧结过程和烧结矿强度的影响

对承钢烧结矿冷却方式与钒钛磁铁矿烧结过程和烧结矿强度的关系进行研究,研究结果表明:机上冷却可以促使烧结矿中的磁铁矿和玻璃质含量降低,赤铁矿、铁酸钙和硅酸盐含量提高,使烧结成品率提高;改善了烧结矿冷态机械强度和低温还原粉化性能。打水冷却会明显降低烧结成品率,同时对烧结矿冷态机械强度和低温还原粉化性能带来十分不利的影响。     

冷却方式对钒钛磁铁矿烧结过程和烧结矿强度的影响

对承钢烧结矿冷却方式与钒钛磁铁矿烧结过程和烧结矿强度的关系进行研究,研究结果表明:机上冷却可以促使烧结矿中的磁铁矿和玻璃质含量降低,赤铁矿、铁酸钙和硅酸盐含量提高,使烧结成品率提高;改善了烧结矿冷态机械强度和低温还原粉化性能.打水冷却会明显降低烧结成品率,同时对烧结矿冷态机械强度和低温还原粉化性能带来十分不利的影响.     

南非PMC钒钛精矿基础性能及对烧结过程的影响

本研究的目的是在查明南非PMC钒钛磁铁精矿物化性能基础上,研究配加PMC精矿对烧结产质量指标的影响。通过化学分析、X射线衍射分析、激光粒度分析、扫描电镜能谱分析等,分别研究了PMC精矿的化学成分、物相组成、粒度分布和颗粒形貌;进而采用烧结杯试验,考查了配加PMC精矿后利用系数、固体燃耗、转鼓指数等主要技术经济指标的变化规律,并结合烧结矿微观结构,揭示了PMC精矿对烧结过程的影响机制。研究表明,PMC钒钛磁铁矿铁含量高达63.46%,脉石含量较低,具有较高的利用价值;其物相主要为磁铁矿,粒度较细;配加10% PMC精矿后恶化了烧结过程,利用系数、转鼓指数均明显降低,固体燃耗上升。其原因主要是PMC精矿烧结性能较差,烧结过程液相生成不足,影响了烧结矿强度,且钙钛矿的生成破坏了液相的粘结作用和烧结矿良好的微观结构。     

煤种对钛磁铁矿直接还原-磁选钛铁分离的影响

研究了烟煤和无烟煤对海滨钛磁铁矿直接还原-磁选钛铁分离的影响机理.结果表明,在试验用量范围内,两种煤对还原铁指标的影响规律相近,煤用量低时钛磁铁矿还原不充分.随煤用量增加,被还原的金属铁越来越多,但粒度较小,与其他颗粒嵌布紧密,因此还原铁Fe品位低,Ti O2品位高,铁回收率则先提高后基本不变.所有煤用量下所得金属铁颗粒均纯净.和无烟煤相比,烟煤固定碳较低,还原气氛较弱,但灰分较高,有利于金属铁颗粒的聚集长大;因此相同用量的烟煤为还原剂时,焙烧矿中金属铁颗粒较少,但粒度较大,还原铁中Fe品位较高,铁回收率较低,Ti O2品位较低.